2. Определение выброса газообразных
загрязняющих веществ
2.1. Оксиды азота
Источником образования оксидов азота служит молекулярный азот воздуха и азотосодержащие компоненты топлива. При горении топлива выделяют три принципиально разных источника образования оксидов азота:
из молекулярного азота воздуха в зоне активного горения при температуре выше 1300 С (термические оксиды азота);
из азота, содержащегося в топливе, при относительно низких значениях температуры ( 1000 С) в основной зоне горения (топливные оксиды азота);
путем реакции молекулярного азота воздуха с углеводородными радикалами при температуре около 1300 С в зоне фронта пламени углеводородного топлива («быстрые» оксиды азота).
Среди оксидов азота (N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5) выделяют монооксид NO и диоксид азота NO2, оказывающие вредное воздействие на окружающую среду, суммарное содержание данных оксидов принято обозначать как NOx.
В топках при горении топлива образуется 95 99 % монооксида азота NO и 1 5 % более токсичного диоксида азота NO2. В атмосфере происходит неконтролируемое превращение NО в NO2, в связи с этим расчет объема выброса оксидов азота производится условно на NO2. Для расчета доли диоксида азота в суммарном содержании NOx в атмосферном воздухе при расчете загазованности и нормировании выброса тепловых электростанций и котельных условно используется коэффициент трансформации оксида азота в диоксид, равный 0,8 [11].
В связи с установленными раздельными предельно допустимыми концентрациями (ПДК) для оксида и диоксида азота и с учетом трансформации оксида азота в атмосферном воздухе суммарный выброс оксидов азота разделяется на составляющие:
|
|
(2.1) |
|
|
(2.2) |
;
,
где
и
–
молекулярный вес NO и NO2,
равный 30 и 46 соответственно.
Для снижения выбросов оксидов азота проводят первичные (режимно-технологические) и вторичные мероприятия [8].
Из анализа механизмов образования оксидов азота при сжигании топлива следует, что уменьшения образования оксидов азота можно достичь, реализовав мероприятия, направленные
на снижение температуры горения;
уменьшение времени пребывания продуктов сгорания в области высоких температур;
создание зон реакции с восстановительной атмосферой (коэффициент избытка воздуха меньше единицы), где образование оксидов азота из азота топлива затруднено и идет восстановление оксидов азота до молекулярного азота.
К первичным мероприятиям относятся следующие:
использование горелок с низким выбросом NOx (снижение выбросов до 60 %);
ступенчатое сжигание топлива (снижение на 35 – 45 %);
ступенчатая подача воздуха (снижение до 50 %);
рециркуляция дымовых газов (снижение до 33 %);
впрыск воды (водомазутной эмульсии) в ядро факела (снижение на 25 – 44 %);
комбинация первичных мероприятий: сочетание ступенчатого сжигания топлива с рециркуляцией дымовых газов, установка полуподовых горелок в сочетании со ступенчатым сжиганием и рециркуляцией дымовых газов и т. д. (снижение до 90 %).
При использовании низкотемпературных методов подавления оксидов азота могут образовываться канцерогенные вещества, такие как диоксины и полициклические ароматические углеводороды, наиболее активным из которых является бенз(а)пирен. Максимальное количество бенз(а)пирена образуется в топках при температуре 700 – 800 С в условиях нехватки воздуха для сгорания топлива.
К вторичным мероприятиям относится очистка дымовых газов от оксидов азота селективным некаталитическим (СНКВ) и каталитическим (СКВ) методами восстановления NOx до молекулярного азота с применением аммиака в качестве восстановителя.